YK3180滚齿机传动机构设计【含SW三维及仿真+10张CAD图】
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yk3180
滚齿机
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YK3180滚齿机传动机构设计【含SW三维及仿真+10张CAD图】
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- 内容简介：
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附录 1：外文翻译2010 年计算机，机电一体化，控制与电子工程国际会议（CMCE）直驱齿轮滚齿机干切削关键技术研究刘瑞爱,太原理工大学,中国太原 吕明,太原理工大学,中国太原 lvming摘要 - 首先论述了滚齿机包括数控，高速，高精度，直驱，环保在内的各个方面的发展趋势，并介绍了直切滚齿机干切的设计原理，突破了提出了滚齿机传统的结构设计理论。直接驱动滚齿机采用的内置的电机主轴和 DDR 转矩电动机，其直接驱动旋转刀具和工作台，并且完全取消高精密齿轮，并在机器传输蜗轮的技术，从而通过电源直接驱动机床的工作部件。这里详细分析研究了直切齿轮滚齿机干式切削的关键技术，如总体布置技术，床身和切屑系统设计技术，滚刀轴和工件主轴结构设计技术。对于高速高精度直驱齿轮箱的研究和开发具有重要的理论意义和实用价值。关键词：直接驱动;滚齿机;结构设计一 导言随着数控，高速，高精度，直驱，环保等滚齿机的发展趋势，对直驱滚齿机进行了研究。直齿滚齿机滚刀主轴和工件主轴的旋转运动，除去普通数控滚齿机的高精度齿轮和蜗轮蜗杆。它们分别由内置主轴电机（用于滚刀主轴的电动主轴）和内置力矩电机（用于工件主轴的 DDR 电机）驱动。结构的变化可以消除传动装置造成的误差，提高滚齿机的精度。直驱滚齿机实现全数控，高速度，高精度，干切削，是滚齿机向全数控，高速化发展的结果。二 直驱齿轮滚齿机总体布局研究在滚齿机设计中，机床总体布局直接影响加工工艺的灵活性，精度，静态和动态刚度，抗振性，可靠性，加工工艺，操作维修方便性，停留面积，复杂程度配置，外观等。同样，它也决定了整机的技术和经济能力。并且机器是否成功，它的生存能力和竞争力也取决于其总体布局。A 影响总体布局设计的主要因素分析影响滚齿的因素很多机器的总体布局，主要因素如同遵循1：1）滚齿机的动态特性机;2）滚齿机的工作方式;3）每个组件的运动分布滚齿机;4）滚齿机的传动形式;5）自动化程度和生产效率的滚齿机;6）工件的尺寸，形状和重量;7）它应该为减少热变形和它的影响力;8）应使机器操作方便调整，加工装配工艺和维修方便程度;9）它应该使机器美观，体面，稳定和和谐。B.不同总体布局的比较分析滚齿机可分为两种形式，即：由于它们的工件主轴的空间搭配方式，所以垂直和水平。根据齿轮产生的原理和每个部件的运动分布，垂直和水平方向也可以分为很多种类。表 1 特别比较了垂直和水平滚齿机的机器可操作性，夹具设置和对准，切屑处理，中心高度机器等2 。C.直接传动滚齿机总体布局设计垂直滚齿机的工件主轴是垂直的，有利于大中型齿轮的安装，夹紧和调整，所以大部分大中型滚齿机都是垂直的。卧式工件主轴水平，大部分用于加工长主轴和小模块齿轮的滚齿机均为卧式。我们根据处理范围和多种因素选择了水平式布局。以下是几种熟悉的水平式布局的比较分析。表I. 立式和卧式滚齿机的比较1)工件主轴移动，因此机芯的间隙和振动可能会影响工件的加工精度。 2)工件主轴不动，滚刀滑块进行轴向和径向运动。根据滚刀轴的位置有两种情况: a)滚刀主轴位于工件下方:去除切屑，在一定程度上通用，滚刀的旋转角度从+ 90到-90。 b)滚刀主轴在工件后面:这使得排屑容易，实现装卸自动化，但滚刀的旋转角度有限，不能达到90的范围。这种类型可以根据Z轴的布局分为两个实例: a. 水平Z轴:滚刀头稳定性好; b. 垂直Z轴:用于去除切屑，但滚刀头的稳定性有点不足。 通过对几种横向布局进行对比分析，为了使机床结构紧凑，加强刚度，提高切削效率，实现排屑。我们采用水平工件主轴，其中工件固定，轴向和径向在工件主轴后面，Z轴是水平的。整体布局与立式滚齿机强刚性滚刀头相似。三 直驱式结构设计 滚刀主轴和工件主轴A.结构字符3 高转速，不再适应的传统换档系统，换成宽广的交流变频换档系统，实现机床主轴换档。采用电主轴作为高速滚齿机的滚刀主轴。电主轴将机床主轴的转子和回转部分作为整体连接起来，将传动链的长度缩短到零，即“直接驱动”。由于直接驱动，高精度齿轮 等关键部件被削减，传输误差被消除。主电机与传动带和齿轮传动方式相比，位于前后主轴轴承之间，大大提高了主轴的刚性和自然频率。同时，集成主轴简化了一些关键工作，如简化机床外形设计，易于实现主轴定位。总之，电主轴具有结构紧凑，重量轻，砂轮惯性大，响应特性好，精度高，可避免振动和噪声的特点。 对于滚齿机的高速，机床不仅保持高速滚刀主 轴，而且相应地还有与之配合的高速工件主轴。与滚 刀主轴相比，工件主轴的转速更低，转动精度更高。 即工件主轴需要低转速，大转矩，高精度的驱动设备 来实现直驱。工件主轴的核心是力矩电机能力，因为 最近一种新型电机 - - D D R 力矩电机才能满足需求。 DDR力矩电机由定子，转子和反馈装置组成，其负载 直接连接到转子上，即转子直接连接到工件主轴上， 可消除齿轮传动产生的反向间隙，网格误差等误差。 其精度决定了反馈设备的准确性。 DDR力矩电机的噪 音很小，因为它只有少数动力部件。轴承是系统中唯 一的易损件，因此大大减少了维护工作。如果轴承可 以定期润滑，设备可以避免日常维护。滚刀主轴和工 件主轴的结构图如图1所示。 图1. 滚刀主轴和工件主轴的结构图B. 关键技术 1)合理确定滚刀轴与电机转子的紧密配合 为保证高速切削，主轴应具有良好的操作精度和传动能力，其零件需要具有良好的加工精度，表面 质量和装配精度。 为了实现简单准确的动态平衡，机床转子与机床主轴无间隙配合紧密连接，因此具有足够的转矩传递能力。干涉的大小直接影响电主轴性能，大的干涉会使主轴组装困难，影响组装精度，甚至破坏表面配合; 相反，小幅度的干涉会影响主轴传 动扭矩的大小。 电主轴紧配合的计算不仅要满足静态传动能力的要求，还要考虑主轴动态特性的影响。 2) 轴承的合理选择和配置 轴承的合理选择和配置 轴承的合理选择和配置是电主轴的关键技术之一。目前这些适合高速切削的轴承中，常用的有陶瓷轴承，磁性轴承和动静压轴承。如果 d mn(dm 为中径，n 为转 速) 的值不是很高，但刚度要求高，钢球轴承可用于高速电主轴。如果在高转速下刚性要求不太高，可选用动力和静压轴承。可以选择哪种类型的轴承应该参考工作转速和工作负载。另外，轴承应采取一定措施确保其具有良好的工作性能。例如，冷却，润滑和预加载 轴承必须承受一定的预载荷才能提高主轴的刚性。轴承的预载有两种方式:位置预载和恒压预载。一般来说，位置预加载常用于提高刚性，而恒压预载适用于需要防止轴向振动的高转速主轴。适当的预载荷可以提高轴承的疲劳寿命，降低噪音，抑制滚动体的旋转和滑动，减少高速旋转时轴承滚珠和滚动体之间的接触角的变化，并且还可以影响轴承滚珠和滚动体之间的阻尼特性整个系统。轴承的预紧度应根据刚性和旋转状况的要求来决定。滚刀主轴和工件主轴的预加载应采取简单的位置预加载荷。直驱式工件主轴是高精度的旋转部件，可承受较大的径向和轴向切削载荷。首先，其轴承必须满足工作转速时的高刚性要求; 并且轴承具有更高的旋转精度 和更低的温升。其次，它们仍然尽可能地具有高的径向和轴向刚度。第三，它们的使用寿命也更长，特别是保持精度的寿命。因此，轴承的性能，类型和支撑形式对直接驱动主轴的使用功能非常重要。为了使主轴能够可靠工作，设计过程中轴承支撑的布局和选择应考虑到实际需要。 3) 主轴冷却系统 在高速滚齿机的干切削过程中，80%以上的切削热被切屑带走。所以，切割热量不是主要的热源。电主轴的热量主要由定子，转子和轴承给出。由于电机位于主轴单元中，所以自然热量输出状况更差。当电机高速运转时，由于电机内部功率消耗和轴承高速运转的摩擦，热量被释放出来。热量很容易传递到主轴和外 壳上，主轴会产生一个偏移，直接影响主轴的性能。如果不采取冷却措施，转换会导致主轴精度下降。因此，强制冷却可以保持整个系统的温度不变。 对于带永磁转子的同步转矩电动机，只有当转子温度低于 35C 时，才能保证额定转矩。如果转子法兰 温度超过 60C，需要冷却以确保电机正常运行。而 且，如果电机在没有冷却的情况下继续运转，则其输 出功率仅为额定功率的一半。 因此，为了保持直驱工件主轴正常工作，必须选择合适的冷却系统。 直接传动滚齿机的工件主轴和滚刀主轴均采用相 同的冷却系统，作为外循环系统使用。冷却水箱和冷却水泵安装在工件主轴和滚刀主轴的外部。内置电机 的定子在 ektexine 中有螺旋槽。当直驱主轴工作时，泵将连续将冷却水压入主轴。水循环运行在螺旋槽内，并将电机外部的热量带出主轴。结果电机被冷却。 冷却液是含有防锈添加剂的纯水。冷却系统的制冷量(制冷量)取决于机器的发热量。 同时，制冷量随着入又处的水温和室温的温度而变化。 4) 主轴单元动平衡分析 旋转部件材料的不均匀性，毛坯的粗糙度，加工和装配等多方面的原因都会导致主轴高速旋转时质量分布 的不均匀性，从而成为主轴的一定偏心率。转子的旋 转会产生不平衡的离心力。它会给整个主轴系统带来有害的振动和噪音，减少轴承和整个主轴系统的使用 寿命，并影响整个主轴系统的动态工作精度。因此精密主轴动平衡的精度必须达到 G0.4(即在最高转速 时，剩余运动不平衡引起的最大振动速度为 0.4mm / s)。除了主轴设计合理，选择合理，轴承预紧之外， 振动问题的主要解决方案是对每个旋转部件和整个系 统进行动平衡分析，这是通过将所有旋转部件安装在主轴上而制成的。如有必要，可以进行在线动态平衡，以确保在主轴进行测试时稳定主轴的高速运动。 四 机床和芯片的设计拆卸系统A.要求设计干式切割机床 支撑(机床 )是机器的基本大部分，其结构具有较高的强度和刚度，较好的抗振性和热稳定性。目前生产的湿式切割机采取的措施包括4:全部关闭的铸件，合理布置内隔板和肋条，在其中填充混凝土材料，扩大导轨区域，倾斜机床，采用焊接结构床和柱的结构，采用热对称结构等等。但干切机的配套必须重视切屑去除和热稳定性问题。其结构应满足以下要求5: 1)机床刚度足够，结构简单，加工方便，重量轻;2)顺利排出切屑; 3)改善隔热条件，减少排屑过程中传递给机器部件 的热量; 4)采用对称结构，确保热平衡。 B. 机床和排屑系统的设计 为保证机床的刚度，热平衡和排屑，直齿滚齿机床采用多层结构，倾斜平面，便于排屑，并可根据需要处理隔板和肋条。切屑排屑槽设计在加工区域下方，热芯片可直接下落并迅速排空。图 2 是直接传动滚齿机床的结构。 对于高速干切削滚齿机而言，切屑的快速移除可避免因热切屑堆积而引起的机床热变形，因此必须对切削加工有利的机床加工区域设计是使用平滑的不锈 钢板的斜面。热屑沉积容易的地方是由普通的压缩空气吹动的，因此所有的地方都很干净。通过这种方式，可以在不切割流体的情况下完成切屑处理。此外，由于热的切屑不接触机头，所以可以使滚齿机的热变形最小化。 图2. 床的三维图V. 结论 直驱齿轮滚齿机突破了传统齿轮加工机床的结构设计理论，因此研究开发高速高精度直齿滚齿机是齿轮加工机床的一次重大革命。对于高速高精度直驱齿轮切割机的研究和开发具有重要的理论意义和实用价值。 参考文献1 曾凌万， “高速数控滚齿机的模块化设计与经济性分析”，硕士论文。http:/www
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